毕业设计闫伟东.docx
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毕业设计闫伟东
基于ARM的多点温度采集及记录仪
【摘要】
现在很多地点需要多路温度采集,比如油罐中温度需均衡,钻井机探头各方向温度变化等。
本设计可运用于以上场地中,操作员可以直观的看见个点的温度变化,以采取必要的措施。
基于ARM的多点温度采集及记录仪有功耗低,记录方便,直观人机界面,成本低等特点,它采用先进的ARM内核的32位单片机,保证了通常的处理速度。
2.4寸16位彩屏是其独到的特点。
此外,记录的数据会以文本文档格式存储在多媒体SD内,一目了然地观察数据变化。
关键词:
多路温度 彩屏ARMSD
Abstract:
Manysitesrequiremulti-channeltemperatureacquisition,suchastanktemperaturebalanceddrillingmachine,thetemperatureprobe.Thisdesigncanbeusedinaboveground,theoperatorcanvisuallyseepointsoftemperaturechange,totakethenecessarymeasures.ARMbasedmultipointtemperaturecollectingandrecordingapparatushavinglowpowerconsumption,convenienttorecord,andintuitiveman-machineinterface,lowcostetc.Canbeflexiblyusedinvariousplaces.ItusesadvancedARMcore32bitsinglechipmicrocomputer,toensuretheusualprocessingspeed.2.4inch16colorisitsuniquecharacteristics.Inaddition,therecordeddatatoatextdocumentformatisstoredinamultimediaSDstickoutamile,toobservethechangesofdata.
Keywords:
MultichanneltemperatureTFTARMSD
目录
1方案论证与比较2
1.1温度传感器部分3
方案一3
方案二3
1.2显示部分3
方案一3
方案二3
2系统设计3
2.1总体设计思路4
2.2电路设计4
2.2.1处理器电路4
2.2.2温度传感器电路5
2.2.3显示器电路6
2.2.4存储器电路6
2.2.5电源电路7
3软件设计8
3.1编程原则8
3.2层面9
3.2.1ucgui使用9
3.2.1fatfs使用9
4测试结果分析10
结束语10
文献11
1方案论证与比较
1.1温度传感器部分
方案一
有热敏电阻与三个精密电阻组成电阻桥,通过差动放大器对信号进行放大,再通过12位AD转换器取得数字量,通过线性函数关系换算出温度值。
本方案特点是测量温度范围宽。
但是,由于本设计需多路温度测量,必需ADC达到五个通道以上。
此外,模拟器件也加大电路调试难度和日后的经常维护。
方案二
采用数字一体化传感器DS18B20。
独特的一线接口,只需要一条口线通信多点能力,简化了分布式温度传感应用,无需外部元件,可用数据总线供电。
测温范围-55℃~+125℃,分辨率12位,精度0.2℃。
接口原理简单,无需调试即可实现温度采集。
图1
1.2显示部分
方案一
LCD12864是一款带有中文字库的LCD显示屏,最大的特点是功耗低,即使在无背光的情况下,可以清晰的看见显示内容。
但是,它的分辨率只有128*64不可能同时显示五个温度数据,这样只有分时显示,牺牲了编程的简单性。
方案二
现以二十一世纪,彩屏时代的到来加速了电子设备的前沿性。
彩色显示,高分辨率。
是人机界面达到优化,更能显示出很多的信息。
本方案采用模组型号为TM240320C1NFWGWCG-1的TFT显示屏。
参数为:
分辨率240*320,65536色。
控制器ili9325。
16位8080总线驱动。
2系统设计
2.1总体设计思路
根据设计要求,结合考虑过的各种方案充分利用模拟和数字系统的各优点,发挥其优势。
画出了以下系统总框图。
图2
2.2电路设计
2.2.1处理器电路
处理器采用意法半导体设计生产的STM32F103VE,它采用英国ARM公司设计的CROTEX内核,90nm制程,最高时钟频率72MHZ,片内512KBflash,64KBROM
该器件100脚LQFP100封装。
外围电路如下图所示:
图3
2.2.2温度传感器电路
温度传感器采用DALLAS公司生产的DS18B20,在出厂时每个传感器会附上全球唯一的器件ID号。
被设计中就采用读取内部ID号的方法来识别温度数据是从哪个传感器上传输来的,五个传感器数据线接同一IO口,MCU管脚位PA0.
五个传感器ID号分别如下表所示:
表1
传感器连接图如下所示:
图4
由于DS18B20是数字传感器,因此读出来的温度值是有两个字节组成的。
假设读出来的两字节分别是X(高字节)和Y(低字节),则计算公式位:
Temp=((X<<12)+Y)*0.0625
2.2.3显示器电路
TFT屏采用TM240320C1NFWGWCG-1,共有36跟脚,彩屏供电电压3.3V,背光点压12V,通过MI0,MI1,MI2,MI3的电平匹配来选择通行方式,分别为:
SPI,18bit并行,16bit并行和8bit并行。
本设计采用16bit并行,将屏地址挂载到STM32F103总线上,可达到一定刷屏速率。
液晶屏与控制器采用intel8080总线方式传输。
连接方式采用控制器FSM(静态存储控制器),在控制其内部彩屏的寄存器地址是0x60000000,数据地址是0x60000002,连接电路图如下图所示:
图4
2.2.4存储器电路
现在很多设备存储采用24C02,k91g08g0uom等的E2PROM或FLASH存储器。
这样的缺点是没有灵活性,需要上位机或专用设备从中提取信息,若是设备不慎损坏记录的信息就很难提取,加大了劳动成本。
本设计采用多媒体存储卡来存储记录信息,它的有优点是应用领域广泛,任何电脑,手持设备等多可以从中查询记录信息,浅显易用。
多媒体卡种类很多,有CF卡,SD卡,miniSD卡,microSD卡等,但大部分传输方式是一样的,有SPI和SDIO两种传输方式,前者简单可实现大部分功能,后者传输速率快适合大容量媒体数据传输。
介于本设计数据量不大,采用SPI方式连接,写传输速率750kb/s。
媒体卡选用miniSD卡,供电电压3.3V。
存储器电路原理图如下所示:
图6
2.2.5电源电路
电源电路是整个电路的基础,整个系统中如果电源电路不稳定那么这也是失败的,本设计中使用开关电源和线性稳压器相结合的办法,是的电源各方面都有优势。
设计中系统需3.3v给单片机,SD卡,温度传感器,和液晶屏供电,12v需给液晶屏背光供电,因为背光是由4个高亮LED发出的。
系统以3.3v电源为主体,12V电源由DC-DC将5v升至12v,DC-DC核心器件是MC34063。
整个工作流程是,市电由变压器,全桥整流,滤波后得到5v直流电,经过LM1117线性稳压器得到3.3V。
5v直流再有DC-DC升压到12V。
基本原理图如下所示:
图7
已知输入电压Vin=5V,输出电压Vout=12V。
输出电流20mA,输出波纹电压10mA,工作频率100KHZ,则计算公式如下:
Vout=1.25V(1+R1/R2)
Ct(定时电容):
决定内部工作频率。
Ct=0.000004*Ton(工作频率)
Ipk=2*Iomax*T/toff
Rsc(限流电阻):
决定输出电流。
Rsc=0.33/Ipk
Lmin(电感):
Lmin=(Vimin-Vces)*Ton/Ipk
Co(滤波电容):
决定输出电压波纹系数,Co=Io*ton/Vp-p(波纹系数)
固定值参数:
Vces=1.0V ton/toff=(Vo+Vf-Vimin)/(Vimin-Vces)
Vimin:
输入电压不稳定时的最小值 Vf=1.2V快速开关二极管正向压降
可得:
Ct=260pF
Ipk=114mA
Rsc=2.632Ohm
Lmin=228uH
Co=117uF
R=180Ohm
R1=1.5kR2=13k(12.08V)
3软件设计
3.1编程原则
CROTEXM3内核的ARM多数用IAR和RMDK两种开发环境。
现阶STM32F103多数使用RMDK开发。
本次使用该软件建立工程。
由于程序代码量较大,采用模块化移植的方法,这样的好处是减少了开发周期。
整个程序中分三层:
分别是用户层,中间层和底层。
用户层主要是主函数起调用个模块和分配作用,中间层为fatfs和ucgui,前者是文件管理,后者是图形管理库。
底层包括sd驱动,彩屏驱动,温度传感器驱动等。
作为一款ARM,STM32f103并未加入MMU。
所以它不能向SCS2440那样可以运行嵌入式操作系统。
只可以加入小型系统如ucos,但是介于面向非消费领域,快速,多功能化,可靠性上来说,个人想法是不加入系统也可以的。
图8
3.2层面
3.2.1ucgui使用
Ucgui是ucos公司编写的一套图形管理绘制程序,他是一种开源的商业程序,
图9
任何人多可以运用,它可以调用彩屏驱动在屏上任意坐标,任意颜色画圆,画方,显示英文,显示图片,管理视窗等。
移植比较方便只需调用底层画点,读点函数。
函数名为:
voidili9320_SetPoint(u16x,u16y,u16point);//画点
u16ili9320_GetPoint(u16x,u16y);//读点
3.2.1fatfs使用
Fatfs是由英国一名程序员编写的文件挂在系统。
他可实现对存储设备的文件管理,功能有对文件的建立,删除,复制,重命名等。
调用底层函数有:
u8SD_WriteMultiBlock(u32sector,constu8*data,u8count);SD_Read_Bytes(unsignedlongaddress,unsignedchar*buf,unsignedintoffset,unsignedintbytes);//意思分别是写多个扇区,读多个扇区。
图10
4测试结果分析
经过测试,基于ARM的多路温度采集与记录仪动起来了。
屏幕上清晰可见五路传感器所采样的温度值。
但是随后发现温度变化缓慢,随后想起调用读取温度函数是在时间函数里的,这样必然采样速率为1S/次。
随后更改了程序,效果有所改善。
在测试中还发现在相同温度下,每个温度点温度数据有0.25度的偏差,翻阅数据手册才了解到偏差在0.5度内是必然的。
这让我吃了一颗定心丸。
在测试由于采用求平均值的方法来判断最高温度变化,所以温度基准为五路温度的品均值,假如五路温度同时升高,该记录仪是无法判断最高温度点的。
这需要有待改进。
但是在通常环境中侧方案是可行的。
通过此次测试结果分析,基本功能可实现,数据记录完全没有误差,唯一的缺点是量程不高,也就是说在室温或低温下是可以正常采集的,但是如果在超高温下使用必然会损坏器件的,比如钢铁融化炉中。
这是温度传感器所决定的。
结束语
基于ARM的多路温度记录仪完成了,经过两个月的设计于制作后,该记录仪可以在要求的误差,量程内完成温度显示与记录。
顺利的将记录数据从电脑中打开。
并以时间所对应的五路温度逐一查看。
在现代坏彩屏现实中,我们可以清晰,无乱码的观察数据变化,并且五路温度值显示位置与实际温度探头位置一一对应。
在人机显示上虽然可以达到很好的融洽性,但是不能显示中文是最大的遗憾。
由于时间问题,我并没有完全掌握UCGUI的所有功能。
所以只能以英文显示为主了。
在今后中我会把图形库了解渗透,不断改进温度记录仪的显示部分。
基于ARM的多路温度记录仪完成后,我感叹万千,更有喜有悲。
在两个月毕业设计中,我得到了很多人的热心帮助,特别是指导老师的指点。
从中我学到了很多知识,不仅如此还把所学知识灵活的运用起来,让我感觉到知识的重要性。
我会不断努力,不断滚固专业技能,提高自己,贡献力量。
此次论文的完成给我三年的大学生活画上了完美的句号。
在今后的职业生涯是我的新一次的挑战。
文献
[1]:
红牛.红牛开发板使用手册[M].2009版本(.翻译者).出版地:
深圳
[2]:
STM32固件库使用手册的中文翻译版.pdf2008意法半导体公司意大利出版地:
意大利
[3]:
深入解析STM32_USB-FS-Device_Lib库.pdf2008意法半导体公司意大利出版地:
意大利
[4]:
ds18b20datasheet.pdf
附图:
西安航空职业技术学院
毕业设计(论文)审查意见书
指导教师对学生闫伟东所完成的题目为
基于ARM的多点温度采集及记录仪
的毕业设计(论文)进行情况、完成质量的审查意见:
成绩:
指导教师:
年月日
西安航空职业技术学院
毕业设计(论文)评阅意见书
评阅人对学生闫伟东所完成的题目为
基于ARM的多点温度采集及记录仪
的毕业设计(论文)评阅意见为:
成绩:
评阅人:
年月日
西安航空职业技术学院
毕业设计(论文)答辩结果
毕业设计(论文)答辩委员会对学生闫伟东所完成的题目为基于ARM的多点温度采集及记录仪
的毕业设计(论文)及答辩评语为:
经答辩委员会研究,确定成绩为:
毕业设计(论文)答辩委员会主任:
答辩委员会委员:
年月
该生毕业设计(论文)最终成绩评定:
审阅成绩(权重0.4)
评阅成绩(权重0.3)
答辩成绩(权重0.3)
最终成绩
- 配套讲稿:
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- 毕业设计 闫伟东
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